降低清障频率 提高挖泥时间利用率

李向荣 王炜

摘 要：为提高绞吸挖泥船的挖泥时间利用率，通过对叶轮流道的技术改造增加流道的过流直径，使吸口格栅间距增

加80mm，增大了障碍物的通过概率，从而降低清障频率。另外通过增设沉石箱，很好地解决了漏网的障碍

物卡住叶轮的难题，使清障工作简单易行，大大缩短了清障的时间，又解放了绞刀头，恢复其强劲的切削能力。

关键词：清障频率 泥泵 时间利用率

问题的产生

绞吸挖泥船在挖泥施工过程中，其它机具设备运转正常的情况下，影响施工产量和施工效率的因素就是时间利用率。其中清障就是影响到船舶时间利用率的主要因素之一，由于绞吸挖泥船的工程主要集中在港口开挖，航道整治和拓宽挖深等，这些原始水域要么是养殖基地，要么是陆架延伸，或是以往工程的抛石区，水下存在着大量障碍物，例如，钢丝绳、渔网、木棍、预制件、块石等。障碍物在绞刀头搅动时，或缠绕绞刀头，或被吸入泥泵卡在泵体内部，使疏浚设备丧失抽吸功能，使用者在一定情况下必须对其进行清理，通俗说法就是清障。一般情况下将绞刀头起出水面，人为清除即可，但往往有些石头等大件会被吸入泵体，这时的清理工作量更大，所需时间更长。这样石头或是大的其它块状物体进入泥泵泵体被卡的原因主要是由于泥泵的流道过流面积太小，导致障碍物不能顺利通过。

普通的解决方法

为防止石头等进入泥泵被卡，通常的办法就是在吸口处根据泥泵流道可通过的最大尺寸设置格栅，阻止障碍物进入泥泵。这种措施可以有效地阻拦大部分的障碍物，但是又产生了新的问题：①一些软体障碍物缠绕在格栅上，堵塞了吸口；②由于格栅的尺寸是一定的，而石头等障碍物往往形状不规则，吸入的时候，相似尺寸大小的边被容易被卡住。吸口处一旦被堵塞，就要起桥架进行清障。

新问题的产生

清障的程序：①将桥架提升到一定高度，让泥泵向排出管打清水，将沉管、浮管和岸管内的高浓度泥浆吹出，以免停泵后堵塞管子。②顺次停舱内泵和水下泵，将桥架提升到检修架位置。③清除障碍物。④将桥架放入水中，直到浸没水下泵排出口，顺次合排水下泵和舱内泵，吹清水。⑤将桥架下放到适当位置进行施工。这个过程，最短时间得20分钟左右，不顺利时得花上1个小时，甚至更长时间。

更麻烦的是，一些不规则的（类似于长方体、梭形）的石块，刚好顺着窄边穿过格栅，进入泥泵，翻身卡在叶轮上。这一方面严重堵塞流道，更甚者使叶轮失去平衡，引起整台泵的振动，不及时处理，会导致泥泵的严重损伤。这样必然需及时对泥泵进行清理，所需的时间将会更长。

为了解决这个问题，在绞刀头外部再设置一道格栅（见照片），降低石头穿越双层格栅卡住叶轮的概率。但此时，被拦截下来的石头卡在两层格栅的中间，又将产生两个问题：①如何取出是一个很大的问题，否则将同样堵塞吸泥口；②在绞刀外边焊接一排格栅，将很大程度限制了绞刀的有效切入泥层的厚度，大大降低了绞刀的破土能力，同时在挖掘密实粘土时，提供了更大面积的粘附支架，容易将绞刀头粘密实，使绞刀头在泥层打滚，同时降低吸口的吸入能力。故此该方案只能在特殊的应急工况情况下进行适度使用。

增加泥泵流道的过流面积，降低格栅被堵的频率

从以上分析中，我们不难看出无论是采取何种措施，其根本的目的就是不能让障碍物卡去叶轮和流道，如果泥泵流道的过流面积（或过流直径）足够大，障碍物就能直接被泥泵输送到泥塘。但是，任何泥泵的设计都有其设计的最大过流面积，以保证泥泵的综合性能指标满足设计的要求。

所以根据实际的工况情况，对于这种多障碍物的工况，不妨适当降低泵效和扬程可，将800WN进行加大过流能力的设计，要求过流通径由原设计的φ280mm增加至φ350mm，此时的泵效由原来的80%降低至75%，为此采取如下措施：①减小叶片包角；②增加后盖板叶片进口边半径；③重新设计叶片型线；④为了保证主机功率，考虑效率下降比例，将叶轮直径由φ1940降为φ1890。通过CFD分析，设计点性能为：舱内泵Q=12500m3/h，H=59m，效率76%，转速349rpm；水下泵Q=12500m3/h，H=28m,效率77%，转速为258 rpm：

由于泥泵流道的过流面积得到了有效地放大，吸泥口处的格栅间距可相应放大，这样就可使直径稍大的石头或其它障碍物顺利通过格栅被泥泵输送到泥塘。增加泥泵流道的过流面积，从根源上降低吸口格栅被堵的频率。

增设沉石箱，防止漏网之鱼，解决障碍物卡住叶轮的现象

正与前面所述，吸口的格栅只能阻止大于格栅间距的障碍物，使之不被吸入泥泵，从而卡住叶轮和流道。但是往往有漏网之鱼，一些大块的长条或梭形石头，刚好顺着格栅流道被吸入，随着其在吸管上翻滚，吸入泥泵。其另一个方向的尺寸足够卡住叶轮，使泥泵叶轮不能转动，从而使柴油机功率瞬间超负荷。更为严重的是由于其被卡产生巨大的作用力，使叶轮产生裂纹或破裂。因此如何防止这些漏网之鱼进入泥泵，使之非常容易排出吸管，保持吸管畅通的方案，是维护设备安全，提高时间利用率的又一重要举措。

在泥泵吸口前121#～123#+400位增设沉石箱（见上图），并在靠近泥泵断的121#处设置间隔为300mm的格栅，使进入吸管的漏网之鱼在此处被阻止，由于该处的格栅间隔较吸口间隔小50mm，障碍物翻滚到此处时并不会恰好处于进入吸口格栅处的状态，障碍物必然被阻拦下，掉落到沉石箱底部。在沉石箱底部离123#+400100mm处设置一DN800的液压闸阀，该液压闸阀的开启和关闭由操纵台进行控制。当沉石箱装满障碍物，堵塞吸口时，可将桥架稍稍抬离泥层，通过开启液压闸阀，就可使聚集在沉石箱内的石头很快地排除吸管系统，实现两道格栅阻止障碍物卡住叶轮流道。

结论

通过对叶轮流道的技术改造增加流道的过流直径，使吸口格栅间距增加80mm，增大了障碍物的通过概率，从而降低清障频率。另外通过增设沉石箱，很好地解决了漏网的障碍物卡住叶轮的难题，使清障工作简单易行，大大缩短了清障的时间，提高了挖泥时间利用率。又解放了绞刀头，恢复其强劲的切削能力。

当然，由于受到泥泵设计性能的影响，流道的过流直径不能无限制的放大，因此，降低清障频率只能是相对而言。要彻底使吸口不致堵塞，保证挖泥船的时间利用率，还需在船舶进场施工前，对施工区域的障碍物进行彻底清理。

（作者单位：长江航道局）